KR20000021501A - 인버터 공기조화기의 압축기 제어장치 및 방법 - Google Patents

인버터 공기조화기의 압축기 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

실외온도 감지부, 총합전류 감지부, 방열판온도 감지부 및 실외기 마이컴이 장착된 제 1 제어부와, 인버터 구동부 및 인버터 파워부가 장착된 제 2 제어부와, 상기 제 1 제어부 및 제 2 제어부의 온도 변화를 감지하는 온도써미스터와, 상기 제 2 제어부에 장착된 인버터 파워부의 출력신호를 입력받아 구동하는 압축기 구동모터를 포함하여 구성된 것으로, 실외온도, 방열판온도 및 총합전류 데이터를 이용하여 캐리어 주파수 및 전압 대 주파수(V/F)를 조절함으로써 압축기의 소음발생을 최소화 할 수 있으며, 압축기의 과부하 상태를 감지함으로써 저압 대 주파수(V/F)를 보상함으로써 모터의 슬립(Slip) 발생을 미연에 방지하고 일정하게 토오크를 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

인버터 공기조화기의 압축기 제어장치 및 방법
본 발명은 인버터 공기조화기에 관한 것으로, 특히 소음저감 및 효율증대를 위한 인버터 공기조화기의 압축기 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기적 교류를 직류로 순변환 하거나 반대로 직류를 교류로 역변환하는 장치를 컨버터 또는 인버터라 하고, 이를 적용한 공기조화기를 인버터 공기조화기라 한다.
이와 같이, 인버터 공기조화기는 일정한 교류전압을 정류를 통해 변환한 후 다시 교류로 변환하여 냉방 부하조건에 따라 주파수나 전압을 변환시키는 것으로, 일례로 압축기에 적용할 경우 주파수 변화에 따라 회전수가 변하면서 냉방 능력을 가변시킬 수 있게 되는 것이며, 이로인해 저소비 전력의 절전냉방 운전이 가능하게 된다.
또한, 인버터 공기조화기는 실내온도 및 실외온도가 설정온도 대역을 넘을 경우 압축기 압력이 증가하면서 직류 전류가 급상승하여 과부하 상태가 되거나, 또는 총합전류가 증가하여 직류 피크전압에 도달하면, 시스템을 보호하기 위해 압축기 운전주파수를 감소시키거나 또는 압축기를 정지시킴과 동시에 실외팬의 구동을 일정시간 구동한 후 정지시키도록 되어있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 인버터 공기조화기의 실외기를 나타낸 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 실외기 및 실내기를 구비한 인버터 공기조화기의 실외기 회로중 제 1 제어부(10)와, 제 2 제어부(20)와, 압축기 구동모터(30)만을 도시하였다.
상기 제 1 제어부(10)는 방열판의 과부하를 감지하는 방열판 과부하 감지부(11)와, 총합전류를 감지하는 총합전류 감지부(12)와, 실외 온도를 감지하는 실외온도 감지부(13)와, 상기 방열판 과부하 감지부(11), 총합전류 감지부(12) 및 실외온도 감지부(13)로부터 인가되는 감지신호에 따라 실외기 전체를 제어하는 실외기 마이컴(14)으로 구성된다.
상기 제 2 제어부(20)는 과부하 감지기(Over Load Protector : OLP)(21)와, 인버터 파워소자 구동부(22)와, 인버터 파워부(23)로 구성된다.
이와 같이 구성된 제 1 제어부(10)는 상기 실외기 마이컴(14)에서 인버터 펄스폭변조(PWM) 파형 U, V, W, X, Y, Z 파형을 제 2 제어부(20)로 출력하고, 상기 제 2 제어부(20)의 인버터 파워부(23)는 압축기 구동모터(30) 구동에 필요한 3상(U, V, W) 전류를 출력한다.
또한, 상기 압축기 구동모터(30)의 효율을 좌우하는 전압 대 주파수(V/F)의 특성을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 표준상태에서는 제 1 그래프(나)와 같이 제어하고, 입력전압이 낮을 경우에는 제 2 그래프(가)와 같이 표준상태보다 높은 전압으로 제어하고, 입력전압이 높을 경우에는 제 3 그래프(다)와 같이 표준상태보다 낮은 전압으로 제어하여 전압 대 주파수(V/F)를 보상하도록 제어한다.
종래 기술에 따른 인버터 공기조화기는 실외온도, 방열판 온도 및 총합전류에 상관없이 일정한 캐리어 주파수와 전압변동에만 전압 대 주파수(V/F)를 보상함으로써 압축기의 소음이 증대되고, 에너지 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 실외온도, 방열판 온도 및 총합전류를 종합적으로 판단하여 압축기 부하상태에 따라 가변적으로 캐리어 주파수 및 전압/주파수(V/F)를 제어할 수 있도록 한 인버터 공기조화기의 압축기 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 인버터 공기조화기의 압축기 제어장치를 나타낸 구성도
도 2는 주파수에 따른 전압의 변화를 나타낸 그래프
도 3은 본 발명에 따른 인버터 공기조화기의 압축기 제어장치를 나타낸 구성도
도 4는 도 3 에 도시된 제 2 제어부를 나타낸 상세 회로도
도 5는 본 발명에 따른 인버터 공기조화기의 캐리어 주파수 보상방법을 나타낸 플로우 차트
도 6은 본 발명에 따른 인버터 공기조화기의 전압 대 주파수(V/F) 보상방법을 나타낸 플로우 차트
도 7은 캐리어 주파수에 따른 소음변화를 나타낸 그래프
도 8은 모터 부하에 따른 전압 대 주파수(V/F)의 보상곡선을 나타낸 그래프
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
40 : 제 1 제어부 41 : 방열판 온도 감지부
42 : 총합 전류 감지부(CT) 43 : 실외온도 감지부
44 : 실외기 마이컴 50 : 제 2 제어부
51 : 온도 써미스터 52 : 인버터 파워소자 구동부
53 : 인버터 파워부 60 : 압축기 구동모터
본 발명은 실외온도 감지부, 방열판 온도 감지부를 구비한 인버터 공기조화기에서, 상기 실외온도 감지부에서 감지되는 실외온도가 제 1 설정온도 이상인지 여부를 판단하는 단계와, 상기 실외온도가 제 1 설정온도 이하이면 방열판 온도가 제 2 설정온도 이상인지 여부를 판단하는 단계와, 상기 방열판 온도가 제 2 설정온도 이하이면 초기설정값보다 소정주파수(ΔF)만큼 상승시켜 캐리어 주파수를 보상하는 단계와, 상기 실외온도가 제 1 설정온도 이상이고 방열판 온도가 제 2 설정온도 이상이면 초기 설정값으로 캐리어 주파수를 보상하는 단계를 포함하여 이루어지는데 그 특징이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 인버터 공기조화기의 압축기 제어장치를 나타낸 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명은 실외기 및 실내기를 구비한 인버터 공기조화기의 실외기 회로중 제 1 제어부(40)와, 제 2 제어부(50)와, 압축기 구동모터(60)만을 도시하였다.
상기 제 1 제어부(40)는 방열판의 온도를 감지하는 방열판온도 감지부(41)와, 총합전류를 감지하는 총합전류 감지부(42)와, 실외 온도를 감지하는 실외온도 감지부(43)와, 상기 방열판 과부하 감지부(41), 총합전류 감지부(42) 및 실외온도 감지부(43)로부터 인가되는 감지신호에 따라 실외기 전체를 제어하는 실외기 마이컴(44)으로 구성된다.
상기 제 2 제어부(50)는 온도 써미스터(51)와, 인버터 파워소자 구동부(52)와, 인버터 파워부(53)로 구성된다.
이와 같이 구성된 제 2 제어부는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 실외기 마이컴(44)에서 인버터 펄스폭변조(PWM) 파형 U, V, W, X, Y, Z 파형을 출력하게 되는데 저항(R1)을 통하여 펄스를 출력하고, 이 펄스는 포토커플러(PC1) 및 저항(R2∼R6)을 통하여 트랜지스터(Q1)를 온/오프 하게된다.
그러면, 트랜지스터(Q2)(Q3)가 상보관계로 온/오프하게되고, 상기 트랜지스터(Q1)가 온 되면 저항(R8)(R9)으로 분배되어 제 1 절연 게이트형 양극 트랜지스터(IGBT1)가 턴온되어 압축기 모터의 U상으로 전류가 흐르게 된다.
그리고, 바텀(Bottom) 사이드의 제 5 및 제 6 절연 게이트형 양극 트랜지스터(IGBT5)(IGBT6)가 구동되어 3상중 U상과 Y, Z상으로 전류가 흐르게 된다.
그 이후, 트랜지스터(Q3)가 온 되고, 트랜지스터(Q2)가 오프되어 다이오드(D1), 저항(R7)을 통하여 절연 게이트형 양극 트랜지스터(IGBT)의 스위칭 오프타임을 줄이도록 동작한다.
이와 같이 구성된 인버터 공기조화기의 압축기 제어방법을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 인버터 공기조화기의 압축기 제어방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 5를 참조하면, 실외온도 감지부, 방열판 온도 감지부를 구비한 인버터 공기조화기에서, 상기 실외온도 감지부에서 감지되는 실외온도가 제 1 설정온도 이상인지 여부를 판단한다(S1).
상기 판단 결과에 따라 실외온도가 제 1 설정온도 이하이면 방열판 온도가 제 2 설정온도 이상인지 여부를 판단한다(S2).
상기 판단 결과에 따라 방열판 온도가 제 2 설정온도 이하이면 초기설정값보다 소정주파수(ΔF)만큼 상승시켜 캐리어 주파수를 보상한다(S3).
또한, 상기 실외온도가 제 1 설정온도 이상이고 방열판 온도가 제 2 설정온도 이상이면 초기 설정값으로 캐리어 주파수를 보상한다(S4).
여기서, 상기 제 1 설정온도는 35℃이고, 제 2 설정온도는 70℃이다.
상술한 바와 같이, 실외온도를 감지하고, 파워소자가 있는 방열판의 온도에 따라 캐리어 주파수를 보상하도록 함으로써 소음이 저감되도록 제어한다. 이때, 캐리어 주파수가 커짐에 따라 압축기로 인가되는 전류는 깨끗한 사인파가 인가되므로 소음이 저감되는 것이다.
한편 도 6을 참조하여 전압 대 주파수(V/F)를 제어하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6을 참조하면, 먼저, 실외온도 감지부에서 감지되는 실외온도가 제 3 설정온도 이상인지 여부를 판단한다(S11).
상기 판단 결과에 따라 실외온도가 제 3 설정온도 이하이면 상기 방열판온도 감지부에서 감지되는 방열판 온도가 제 4 설정온도 이상인지 여부를 판단한다(S12).
상기 판단 결과에 따라 방열판 온도가 제 4 설정온도 이하이면 상기 총합전류 감지부에서 감지되는 총합전류가 일정전류 이상인지 여부를 판단한다(S13).
상기 판단 결과에 따라 총합전류가 일정전류 이하이면 표준상태로 판단하여 전압 대 주파수(V/F)의 초기값을 설정한다(S14).
그리고, 상기 실외온도가 제 3 설정온도 이상이고, 방열판 온도가 제 4 설정온도 이상이고, 총합전류가 일정전류 이상이면 과부하 상태로 판단하여 전압 대 주파수(V/F)를 ΔV/F만큼 보상하여 제어한다(S15).
여기서, 상기 제 3 설정온도는 40℃이고, 제 4 설정온도는 90℃이고, 일정전류는 8암페어(A)이다.
상술한 바와 같이, 실외온도, 방열판온도 및 총합전류를 판단하여 표준상태이면 초기 전압 대 주파수(V/F)를 설정하고, 압축기 구동모터가 과부하 조건이면 그에 따라 전압 대 주파수(V/F)를 보상하도록 한다.
또한, 도 7은 캐리어 주파수에 따른 소음의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 8은 모터부하에 따른 전압 대 주파수(V/F) 보상곡선을 나타낸 그래프이다.
도 7과 같이, 캐리어 주파수에 따라 소음이 변화되는데, 캐리어 주파수가 높을수록 소음은 저감되나, 전자기 간섭과 노이즈가 문제가 되므로, 도 5에 도시된 방법을 이용하여 사용조건에 따라 캐리어 주파수를 가변시켜 운전하도록 한다.
도 8은 도 6에 도시된바와 같이, 모터부하 총합전류. 실외기 온도 및 방열판의 온도조건을 판단하여, 표준상태이면 제 4 그래프(마)와 같이 전압 대 주파수(V/F)를 보상하고, 과부하 조건이면 제 5 그래프(라)와 같이 표준상태보다 높은 전압 대 주파수(V/F)로 모터부하를 제어하고, 경부하 조건이면 제 6 그래프(바)와 같이 표준상태보다 낮은 전압 대 주파수(V/F)로 모터 부하를 제어한다.
본 발명에 따른 인버터 공기조화기는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 실외온도, 방열판온도 및 총합전류 데이터를 이용하여 캐리어 주파수 및 전압 대 주파수(V/F)를 조절함으로써 압축기의 소음발생을 최소화 할 수 있다.
둘째, 압축기의 과부하 상태를 감지함으로써 저압 대 주파수(V/F)를 보상하여 압축기 구동모터의 효율을 증대시킬 수 있다.
셋째, 전압 대 주파수(V/F)를 보상함으로써 모터의 슬립(Slip) 발생을 미연에 방지하여 일정하게 토오크를 제어할 수 있다.

Claims (3)

  1. 실외온도 감지부, 총합전류 감지부, 방열판온도 감지부 및 실외기 마이컴이 장착된 제 1 제어부와,
    인버터 구동부 및 인버터 파워부가 장착된 제 2 제어부와,
    상기 제 1 제어부 및 제 2 제어부의 온도 변화를 감지하는 온도써미스터와,
    상기 제 2 제어부에 장착된 인버터 파워부의 출력신호를 입력받아 구동되는 압축기 구동모터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 압축기 제어장치.
  2. 실외온도 감지부, 방열판 온도 감지부를 구비한 인버터 공기조화기에서,
    상기 실외온도 감지부에서 감지되는 실외온도가 제 1 설정온도 이상인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 실외온도가 제 1 설정온도 이하이면 방열판 온도가 제 2 설정온도 이상인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 방열판 온도가 제 2 설정온도 이하이면 초기설정값보다 소정주파수(ΔF)만큼 상승시켜 캐리어 주파수를 보상하는 단계; 그리고,
    상기 실외온도가 제 1 설정온도 이상 또는 방열판 온도가 제 2 설정온도 이상이면 초기 설정값으로 캐리어 주파수를 보상하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 압축기 제어방법.
  3. 실외온도 감지부, 방열판온도 감지부, 총합전류 감지부를 구비한 인버터 공기조화기에서,
    상기 실외온도 감지부에서 감지되는 실외온도가 제 3 설정온도 이상인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 실외온도가 제 3 설정온도 이하이면 상기 방열판온도 감지부에서 감지되는 방열판 온도가 제 4 설정온도 이상인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 방열판 온도가 제 4 설정온도 이하이면 상기 총합전류 감지부에서 감지되는 총합전류가 일정전류 이상인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 총합전류가 일정전류 이하이면 표준상태로 판단하여 전압 대 주파수(V/F)의 초기값을 설정하는 단계; 그리고,
    상기 실외온도가 제 3 설정온도 이상, 방열판 온도가 제 4 설정온도 이상, 총합전류가 일정전류 이상중 어느 하나를 만족하면 과부하 상태로 판단하여 전압 대 주파수(V/F)를 ΔV/F만큼 보상하여 제어하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 압축기 제어방법.
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